1. 問(wèn)題背景：凌晨 5 點(diǎn)溢出的水

很多家庭都經(jīng)歷過(guò)類(lèi)似的場(chǎng)景：
某天凌晨 5 點(diǎn)，樓頂水塔開(kāi)始往外溢水，水龍頭邊還能聽(tīng)見(jiàn)水泵嗡嗡作響——因?yàn)榍耙煌硗涥P(guān)電機(jī)。

這一小小的疏忽，帶來(lái)了一連串問(wèn)題：

• 自來(lái)水被白白浪費(fèi)；

• 電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)，電能被浪費(fèi)；

• 更嚴(yán)重的是：水泵可能因過(guò)載過(guò)熱而燒毀；

• 這一情況在 家庭、宿舍、公寓樓、鄉(xiāng)村水塔 中每天都在重復(fù)發(fā)生。

與此同時(shí)，我們正在談?wù)摍C(jī)器人、無(wú)人機(jī)、AI、云計(jì)算，但對(duì)自家水箱 “滿(mǎn)了沒(méi)”“快空了沒(méi)” 這樣簡(jiǎn)單的問(wèn)題，卻往往依賴(lài)人工去樓頂查看——這顯得有些“反差”。

因此，本文從一個(gè)真實(shí)的小痛點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè) 基于 ESP32 的 IoT 智能水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目標(biāo)是：

• 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水塔水位，并在手機(jī)上可視化；

• 當(dāng)水滿(mǎn)或水位過(guò)低時(shí)推送告警；

• 可選：自動(dòng)關(guān)閉水泵，避免溢水和過(guò)載；

• 使用常見(jiàn)器件（ESP32 + HC-SR04 + Blynk），成本低、易 DIY。

2. 系統(tǒng)整體方案

整個(gè)系統(tǒng)的核心思路是：
用超聲波傳感器測(cè)量“水面距離傳感器的高度”，再換算成水位高度與百分比，通過(guò) Wi-Fi 上傳到 Blynk 云端，在手機(jī) App 上實(shí)時(shí)顯示和告警。

2.1 使用的主要硬件

1. ESP32 開(kāi)發(fā)板

• 集成 Wi-Fi，支持 Blynk IoT 平臺(tái)；

• 負(fù)責(zé)傳感器采集、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信。

2. HC-SR04 超聲波測(cè)距傳感器

• 安裝在水箱頂部，向下發(fā)射超聲波；

• 測(cè)量“傳感器到水面”的距離，實(shí)現(xiàn)非接觸式水位檢測(cè)。

3. 繼電器模塊（可選）

• 由 ESP32 控制；

• 通過(guò)繼電器控制水泵電源，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)“斷電/開(kāi)機(jī)”。

4. 智能手機(jī) + Blynk App

• 作為 IoT 云平臺(tái)和人機(jī)界面；

• 用于顯示實(shí)時(shí)水位、推送告警通知、遠(yuǎn)程控制水泵。

2.2 方案特點(diǎn)

• 硬件簡(jiǎn)單、成本低、易于在家庭和鄉(xiāng)村環(huán)境部署；

• 無(wú)需接觸水體，傳感器安裝和維護(hù)難度低；

• 通過(guò)云平臺(tái)和手機(jī) App，全程無(wú)線(xiàn)化。

3. 工作原理與測(cè)量邏輯

系統(tǒng)的關(guān)鍵公式非常直觀：

水位高度 = 水箱總高度 ? 傳感器測(cè)得的距離

假設(shè)：

• 水箱深度（高度）為 TANK_DEPTH（單位 cm）；

• 超聲波測(cè)得傳感器到水面的距離為 distance；

則有：

waterLevel = TANK_DEPTH - distance
waterPercent = (waterLevel / TANK_DEPTH) * 100%

為了保證數(shù)據(jù)合理，軟件會(huì)對(duì)結(jié)果做邊界限制：

• 若計(jì)算結(jié)果 < 0，則歸零；

• 若計(jì)算結(jié)果 > 100%，則按 100% 處理。

4. 硬件安裝：傳感器與水箱布局

1. 超聲波傳感器安裝位置

• 探頭正對(duì)水面中央，避免壁面干擾；

• 與水面之間沒(méi)有管道、浮球等遮擋物；

• 傳感器高度盡可能接近水箱頂面，以便把水箱總高度設(shè)為常數(shù)。

• 將 HC-SR04 固定在水箱頂部?jī)?nèi)側(cè)，探頭朝下；

• 盡量保證：

2. 電氣連接

• 繼電器線(xiàn)圈電壓與觸點(diǎn)額定電壓；

• 水泵電源屬于高壓部分，必須安全接線(xiàn)。

• HC-SR04 的 TRIG、ECHO 分別連接到 ESP32 的 GPIO：

  #define TRIG_PIN  5
  #define ECHO_PIN  18

• ESP32 通過(guò) USB 或穩(wěn)壓電源供電；

• 若使用繼電器控制水泵，需要額外注意：

5. 軟件設(shè)計(jì)與 Blynk 云平臺(tái)

5.1 核心功能

• 周期性觸發(fā)超聲波測(cè)距（每 1 秒一次）；

• 計(jì)算距離 → 換算水位高度 → 換算水位百分比；

• 將數(shù)據(jù)發(fā)送到 Blynk 虛擬引腳（例如 V0、V1）；

• 在串口輸出調(diào)試信息；

• 設(shè)置“水滿(mǎn)”“水位偏低”的閾值，觸發(fā)手機(jī)通知與電機(jī)控制。

5.2 Blynk 端數(shù)據(jù)映射

在示例代碼中：

• V0：顯示水位百分比（0–100%）；

• V1：顯示水位高度（單位：cm）。

在手機(jī)端 Blynk App 上可以：

• 放置 Gauge（儀表盤(pán)）組件 顯示百分比水位；

• 用 Label/Value Display 顯示精確高度。

• 配置 事件通知 / Automation，實(shí)現(xiàn)：

• 水位 ≥ 95%：推送“水箱已滿(mǎn)，電機(jī)已關(guān)閉”；

• 水位 ≤ 10%：推送“水位過(guò)低，請(qǐng)開(kāi)啟電機(jī)”。

6. 完整代碼解析（ESP32 + HC-SR04 + Blynk）

下面是你給出的完整代碼，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn) 水位測(cè)量 + Blynk 實(shí)時(shí)上報(bào)。在文章中可以直接作為“參考實(shí)現(xiàn)”。

/************* Smart Water Level Monitoring System *************
   Hardware: ESP32, HC-SR04 Ultrasonic Sensor, Blynk App
   Features:
   ? Measure water level in tank
   ? Send percentage to Blynk App
   ? Show water level on Serial Monitor
   ? Automatically detect tank full or empty
   ? Motor control can be added easily
****************************************************************/

#define BLYNK_TEMPLATE_ID "Your_Template_ID"
#define BLYNK_TEMPLATE_NAME "Water Level Monitor"
#define BLYNK_AUTH_TOKEN "Your_Blynk_Auth_Token"

#include <WiFi.h>
#include <WiFiClient.h>
#include <BlynkSimpleEsp32.h>

// Wi-Fi Credentials
char ssid[] = "Your_WiFi_Name";
char pass[] = "Your_WiFi_Password";

// Ultrasonic Sensor Pins
#define TRIG_PIN  5
#define ECHO_PIN  18

// Tank Dimensions (in cm)
const int TANK_DEPTH = 100; // Tank height in centimeters

long duration;
float distance, waterLevel, waterPercent;

BlynkTimer timer;

/***************** Function to Measure Water Level *****************/
void measureWaterLevel() {
  // Send ultrasonic pulse
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

  // Read echo time
  duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);

  // Calculate Distance (cm)
  distance = duration * 0.034 / 2;

  // Calculate water level
  waterLevel = TANK_DEPTH - distance;

  // Calculate percentage
  waterPercent = (waterLevel / TANK_DEPTH) * 100.0;

  if (waterPercent < 0) waterPercent = 0;
  if (waterPercent > 100) waterPercent = 100;

  // Send data to Blynk
  Blynk.virtualWrite(V0, waterPercent);  // Water Level in %
  Blynk.virtualWrite(V1, waterLevel);    // Water Level in cm

  // Print on Serial Monitor
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.print(" cm | Water Level: ");
  Serial.print(waterLevel);
  Serial.print(" cm | Tank Filled: ");
  Serial.print(waterPercent);
  Serial.println(" %");
}

/***************** Setup Function *****************/
void setup() {
  Serial.begin(115200);

  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);

  // Connect to Blynk
  Blynk.begin(BLYNK_AUTH_TOKEN, ssid, pass);

  // Timer runs every 1 second
  timer.setInterval(1000L, measureWaterLevel);
}

/***************** Main Loop *****************/
void loop() {
  Blynk.run();
  timer.run();
}

可以按以下思路向讀者解釋關(guān)鍵部分（如果你準(zhǔn)備寫(xiě)成系列文章，可以在后續(xù)篇章展開(kāi)）：

• 超聲波測(cè)距：
  pulseIn(ECHO_PIN, HIGH) 返回高電平持續(xù)時(shí)間（單位：微秒）；
  聲速約為 340 m/s，即 0.034 cm/μs；
  距離 = 時(shí)間 × 聲速 / 2（往返距離除以 2）。

• 定時(shí)任務(wù)：
  使用 BlynkTimer 每秒調(diào)用一次 measureWaterLevel()；
  避免在 loop() 中使用 delay()，保證 Blynk 連接穩(wěn)定。

• 云端通信：
  Blynk.virtualWrite(V0, waterPercent) 將數(shù)據(jù)推送至虛擬引腳 V0；
  Blynk App 中將儀表盤(pán)綁定到 V0 即可實(shí)時(shí)顯示。

如需擴(kuò)展自動(dòng)控制水泵，只需：

• 增加一個(gè) RELAY_PIN，設(shè)置為輸出；

• 在 measureWaterLevel() 中加入邏輯：

• 若 waterPercent >= 95 → digitalWrite(RELAY_PIN, LOW) 關(guān)閉水泵；

• 若 waterPercent <= 10 → 根據(jù)需求提示或自動(dòng)開(kāi)啟水泵。

7. 實(shí)際使用體驗(yàn)

部署完成后，典型的使用體驗(yàn)包括：

• 無(wú)論在家還是出門(mén)，只要手機(jī)聯(lián)網(wǎng)，就能隨時(shí)查看水塔水位；

• 在水位接近 100% 前，手機(jī)自動(dòng)收到“水滿(mǎn)”的提醒，有條件可以自動(dòng)關(guān)泵；

• 在水位過(guò)低前收到“水不足”提醒，避免臨時(shí)無(wú)水可用；

• 再也不需要凌晨爬樓檢查水塔，也避免了長(zhǎng)期溢水和水泵過(guò)載。

從用戶(hù)反饋來(lái)看，“減少了水和電的浪費(fèi)，也減少了心理上的‘擔(dān)心’”，是一類(lèi)非常貼近日常生活的小而實(shí)用的 IoT 應(yīng)用。

8. 應(yīng)用價(jià)值與擴(kuò)展方向

從工程和應(yīng)用角度，這一項(xiàng)目具有以下意義：

• 節(jié)水與節(jié)能：
  通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)和告警，減少大量日常水浪費(fèi)和水泵空轉(zhuǎn)耗電。

• 設(shè)備保護(hù)：
  通過(guò)自動(dòng)斷泵可降低水泵因長(zhǎng)期過(guò)載而損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

• 可擴(kuò)展性強(qiáng)：
  可以進(jìn)一步擴(kuò)展成：

• 多水箱、多點(diǎn)水位監(jiān)測(cè)；

• 接入 LoRa/4G，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程鄉(xiāng)村供水系統(tǒng)監(jiān)控；

• 與家庭用水統(tǒng)計(jì)、漏水監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景結(jié)合。

9. 結(jié)語(yǔ)

技術(shù)并不只屬于大型工業(yè)系統(tǒng)或復(fù)雜的 AI 算法，它同樣可以落地到家庭水箱、鄉(xiāng)村水塔這樣的“小地方”。

基于 ESP32 + 超聲波傳感器 + Blynk 的 智能水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就是一個(gè)典型示例：
通過(guò)簡(jiǎn)單的硬件、開(kāi)源的開(kāi)發(fā)環(huán)境和成熟的 IoT 平臺(tái)，就能解決長(zhǎng)期存在的日常小問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)更節(jié)水、更省心的用水方式。

如果你愿意，我們下一步可以在這篇文章基礎(chǔ)上，繼續(xù)完善：

• 加上系統(tǒng)框圖、接線(xiàn)示意圖；

• 增補(bǔ)帶閾值控制的繼電器控制代碼版本；

• 寫(xiě)一份“安裝與標(biāo)定步驟”，方便讀者直接照做。